高精度集成化内圆磨床测控装置的研究

论文摘要

本文简要介绍了磨床测控装置在国内外的发展动态及光栅位移传感器的基本原理，分析了一些其它传感器测量位移的方法，并对比了它们的优点、缺点以及适用范围。在锁相倍频细分方案的基础上，提出了采用大规模在系统可编程器件来实现集成化设计的方案。文中将在系统可编程器件以及相关的硬件描述语言VHDL作了具体介绍，本文还详细介绍了基于锁相细分理论和ISP设计思想的高集成度的光栅位移测量装置。此方案采用软件与硬件相结合的方法。系统硬件的设计具有模块化的特点，软件针对硬件的特点进行编写，文中给出了各个部分硬件电路的基本组成及实现的功能、软件的主程序及各功能子程序的流程图和各子电路的功能仿真。新型的集成化设计方案具有以下特点：细分数大而且调整方便；细分的同时还能完成辨向的功能；可以在ISP器件内完成计数功能，从而提高了计数器的最高工作频率；移项电路和一些外围的数字电路集成在一片ISP器件内，提高了系统的集成度，性能可靠稳定；具有硬件设计软件化及在系统可编程的特点，便于电路的修改和功能的扩展。基于锁相式光栅莫尔条纹信号细分理论，利用可编程逻辑器件设计的磨床测控系统，实现了设计电路的数字化，提高了信号的跟踪能力，加工精度、集成度及可靠性大幅度提高。经过部分电路的实验、仿真及调试，验证了该设计方案的可行性，为磨床测控装置高端产品的国产化奠定了基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题研究的意义
• 1.2 课题的来源及研制途径
• 1.3 国内外研究动态及发展水平
• 1.4 课题的研究目标
• 2 光栅位移测量技术
• 2.1 位移检测技术
• 2.2 位移检测方法
• 2.3 莫尔条纹效应
• 3 方案论证
• 3.1 细分方法简介
• 3.1.1 电阻链细分方法
• 3.1.2 鉴相细分法
• 3.1.3 电平切割细分法
• 3.1.4 传统的锁相倍频细分
• 3.2 最佳方案论证
• 3.3 锁相细分莫尔条纹理论简介
• 4 在系统可编程技术
• 4.1 ISP系统
• 4.1.1 概述
• 4.1.2 ISP的应用特点
• 4.1.3 ISP的优越性
• 4.2 硬件描述语言VHDL
• 4.3 软件设计平台
• 5 系统硬件设计
• 5.1 硬件总体设计
• 5.1.1 系统的总体结构
• 5.1.2 CPU的选择
• 5.1.3 PLD器件的选择
• 5.2 信号处理
• 5.2.1 前置放大器的设计
• 5.2.2 调相电路的设计
• 5.2.3 带通滤波器的设计
• 5.3 锁相细分电路的设计
• 5.4 键盘显示电路设计
• 5.4.1 单片机与CH451的接口
• 5.4.2 对显示的控制
• 5.4.3 对键盘的控制
• 5.5 ISP集成电路
• 5.5.1 分频器
• 5.5.2 计数器模块及单片机与计数器通讯模块
• 6 软件设计
• 6.1 软件总体设计
• 6.2 主程序的设计
• 6.3 掉电保护子程序
• 6.4 ISP程序的设计
• 7 系统PCB板制作与系统调试
• 7.1 硬件设计中的问题
• 7.2 系统PCB的制作
• 7.2.1 元器件封装的制作
• 7.2.2 元器件的布局
• 7.2.3 导线的连接
• 7.2.4 系统降噪的措施
• 7.3 系统调试
• 7.3.1 单片机的编程环境μvision2
• 7.3.2 单片机程序的烧写
• 7.3.3 系统调试的基本过程
• 7.3.4 ISP1032程序的调试
• 7.3.5 实验仿真
• 7.3.6 调试过程中遇到的问题
• 8 结论与展望
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢